几种常见的芯片停产解决方案

实际上，据称在整个半导体行业中，许多半导体产品（包括这些产品的替代品）的平均寿命不到3～5年，部分产品类别也经常出现寿命仅约2年的情况。由此也可以看出，半导体停产是一个非常常见的问题。本文将对其应对措施进行探讨。

对于生产半导体应用设备的企业而言，半导体产品停产或成为淘汰品种，是一种非常常见的风险，因此有必要采取相应的应对措施。

一般来说，在工业/设备及社会基础设施等产品寿命较长的产品中所使用的半导体产品和电子元器件中，约70%会在产品寿命结束之前，其作为构成部件的半导体就已停产。这是无法避免的事实，因此，如何应对停产或成为淘汰品种的半导体，一直是需要持续研究的问题。

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平均寿命3～5年

半导体产品的生命周期

在研究应对措施之前，我们希望再次对半导体产品的生命周期进行验证。图1展示了半导体产品的典型生命周期。各家半导体供应商在完成产品开发后，经过原型制造阶段，开始进行量产。此后，在观察市场动向的同时，一旦确认需求开始下降，便会进入停产流程。停产后的一段时间内，半导体厂商仍会根据订单提供产品，但在半导体厂商停止供应产品后，还会提供其他各种用于持续供货的服务。

图1：半导体的生命周期

实际上，据称在整个半导体行业中，许多半导体产品（包括这些产品的替代品）的平均寿命不到3～5年，部分产品类别也经常出现寿命仅约2年的情况。

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停产问题

那么，应该如何解决停产问题呢？要解决这一问题，最终目标是购买与已经停产的半导体产品具有相同外形／尺寸和相同功能的半导体产品。针对这一目标，许多企业都推出了各种所谓的“停产产品替代解决方案”，并声称这些方案能够满足上述要求。

然而，许多解决方案并不能满足这些要求。无论从产品供应层面还是从技术层面来看，这些方案都没有成为全面且持久的解决方案，提供的往往是不完全匹配或寿命短暂等不完善的解决方案。

当然，当半导体厂商发布产品停产通知时，最快速且最经济的应对方式，就是为确保使用该半导体产品的半导体应用产品能够覆盖其预期使用寿命，对所需数量进行最终采购，并将购买的产品储存起来。

在某些情况下，也会以晶圆形式对相关半导体产品进行最终采购。但是，以晶圆形式进行采购并非始终可行。

另一方面，有时可能无法利用半导体制造商持有的库存，或者错过了停产通知的发布。

此外，企业可能缺乏进行大批量最终采购所需的资金，或者即使能够筹集到资金，也可能没有能够安全储存库存的设施。

半导体厂商通常都会进行管理，要求客户只能从原厂或正规授权代理商处购买产品，以避免客户购买到假冒产品或质量较差的产品。因此，企业很难根据需要，自由采购所需数量的产品。

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一般的替代解决方案

半导体厂商为了满足市场对技术的需求，需要持续进行技术开发和产品开发，半导体产品的生命周期也在逐年缩短。半导体原厂通常会准备后继产品，但并非所有产品都有对应的后继型号。受此影响，能够弥补原厂不足的各种替代方案不断增多，目前提供了以下几种替代方案。

1.仿真

模拟或仿制原有运行功能的IC芯片。最终产品单价较高，而且在大多数情况下，开发周期较长，开发成本也往往较高。此外，开发过程中需要在仿真环境下确认时序、噪声敏感性、功耗、处理能力以及功能性等，但由于未能在实际系统环境中进行确认，因此这些部件需要重新进行认证。

2.ASIC

并非作为通用产品开发，而是针对特定用途定制的集成电路。利用制造商的制造工艺，复制原半导体产品的电气功能。ASIC产品的制造成本可能非常高，且效率未必理想。因此，在应对停产问题时，通常会采用门阵列或标准单元技术。

3.门阵列

在IC芯片上以固定形式配置标准NAND门、NOR门等逻辑电路，以及独立晶体管、电阻器等无源元件，再在其上增加布线层，从而构成半导体电路的产品。如果数字门保持未连接状态，芯片本身便不具备特定功能。半导体厂商会增加用于连接逻辑电路的最终表面层，可以是一层或多层，以生成所需功能。

4.标准单元

预先准备作为单元库进行优化设计的各种逻辑单元、存储器和模拟电路等，再将这些单元组合起来设计和制造集成电路。与门阵列相比，其设计经过优化，芯片面积浪费较少。但是，由于必须在所有设计完成后才能开始制造，因此往往会导致成本较高。

5.现场可编程门阵列（FPGA）

典型的FPGA架构由逻辑单元、I/O部分、内部布线、时钟网络、存储器和运算器等构成。FPGA的逻辑设计使用HDL（Hardware Description Language，硬件描述语言）完成。由于设计完成后仍可更新功能，并且能够在设计层面进行部分重构，因此与ASIC等相比，工程成本较低。但是，随着市场对FPGA产品的需求日益多样化，FPGA产品本身的生命周期也在缩短，导致难以长期使用同一产品。

这些解决方案未必能完全解决不久的将来可能出现的停产产品问题。尽管所有这些替代解决方案都采用最先进的硅晶圆代工技术进行制造，但这并不一定始终适用。这些新技术有时适合替代原器件的“功能”，但很难完整再现原产品的全部“特性”。

由于半导体厂商始终试图在硅片上集成更多功能单元，因此不断缩小功能单元的尺寸。这些举措虽然提高了系统性能并降低了成本，但可能会对高可靠性和安全性至关重要的应用产生负面影响。

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替代解决方案的问题

由于替代解决方案的制造商在产品制造过程中，往往未能完全遵循原始半导体产品的规格进行设计和测试，且其制造工艺通常更为微细化，因此可能会出现以下问题。

器件开关速度较快（易受噪声影响）

电容值不同（电路板级负载变化）

抗辐射能力不同

EMC性能不同

开关速度过快且电容值不同，可能会导致产品产生尖峰或异常信号，或在应用中引发“竞争”状态。

如果使用的是原厂推荐的后继产品，一般不会出现此类问题，但如果使用替代解决方案，这些状态的出现可能会导致设备故障。

此外，采用微细化工艺、单元尺寸更小的半导体，其抗辐射能力通常低于采用旧技术制造的半导体。这可能会导致锁定或数据丢失。例如，如果将这些元件用于在高空运行的航空电子系统，可能会损害飞机的安全性。

而且，单元尺寸较小的半导体通常在电气方面的坚固性也较低，更容易受到无线电和电视发射机信号的干扰，也更容易受到静电放电的损害。例如，面向消费市场的半导体技术，通常不像工业市场或军工市场那样被要求长期保持性能，因此并未针对超过10年的产品寿命进行设计。

反过来说，为了实现与采用旧技术制造的半导体产品相同的使用寿命，可能还需要限制工作温度范围、供电电压等规格，以避免产品承受过大负荷。此外，采用微细化工艺的IC芯片，尽管芯片本身变小，但很多时候仍需要使用与原半导体产品相同的封装。尽管裸片尺寸变小，却仍使用与旧产品相同的大尺寸封装，这意味着IC芯片与引线框架之间的距离变长。其结果是，封装内部的键合线需要变得更长，或者需要对引线框架等进行修改。

为了避免IC芯片变小，也可以考虑使用旧技术。但是，很难认为当年相同工艺所需的生产环境仍然保留，而且从成本角度来看，这也绝不会成为一种可以接受的解决方案。

从这些方面来看，作为替代解决方案提供的产品，要作为全面且永久性的解决方案采用，仍存在较多风险。

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高可靠性且性价比高的选择

目前存在一种解决方案，即获得原半导体厂商的认证，并使用原产品的硅技术重新生产半导体产品。这些重新生产的器件将具备与原产品相同的外形、适配性和功能。

半导体应用设备制造商通过积极应对半导体产品停产或成为淘汰品种的问题，可以降低生产中断风险，并在应对假冒元器件方面处于更有利的位置。半导体停产产品的替代解决方案可能会引发各种故障，有时还会带来隐藏的不一致问题。其中有些问题能够明显识别，有些则很难诊断。为了排除这些故障，需要选择可靠性高且成本效益较高的方案。

来源：内容由芯世相（ID：xinpianlaosiji）编译自「EE Times Japan」，作者：Rochester Electronics

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